張睿卓

武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079

大型輸電網(wǎng)是構(gòu)筑國家經(jīng)濟發(fā)展的重要脈絡(luò)，國家電網(wǎng)中高壓電力線路跨越了廣泛的區(qū)域，但是野外架空電力線路周圍空間內(nèi)常存在一些影響線路穩(wěn)定運行的災(zāi)害與風(fēng)險。諸如山林火災(zāi)、鄰近生長的植被都可以輕易地造成輸電故障。林區(qū)電力走廊中，火災(zāi)是電力線和植被之間相互作用、相互影響的一個重要媒介，無論是自然臨近山火還是雷擊或輸電線觸及植被放電導(dǎo)致火災(zāi)，總是會影響輸電系統(tǒng)的正常運行。論文將野外林區(qū)高壓電力走廊(通道、廊道)看作由架空輸電線路、植被、地形地表及其他物體所組成，具有一定寬度(2～3 km)范圍的條帶狀長廊區(qū)域，面向林區(qū)電力走廊自然災(zāi)害與安全風(fēng)險，以電力走廊山火和植被障礙為研究對象，論述了利用多類型遙感監(jiān)測手段進行電力走廊特定風(fēng)險評估的研究思路和理論基礎(chǔ)，探索了不同尺度下應(yīng)用多源數(shù)據(jù)對電力走廊山火及植被隱患進行精確風(fēng)險評估預(yù)警的相關(guān)技術(shù)和方法，實現(xiàn)了電力走廊單條線路高等級火險區(qū)段精確識別和單個檔內(nèi)植被障礙風(fēng)險評估和預(yù)警。具體內(nèi)容如下。

(1) 面對林區(qū)電力走廊周邊山火多發(fā)的情況，為了精確評估山火發(fā)生風(fēng)險，獲取精細化火險預(yù)警數(shù)據(jù)，增強輸電線路安全隱患巡檢的目標(biāo)針對性，實現(xiàn)智能化和有針對性的線路巡檢，提出并構(gòu)建了長區(qū)塊、大范圍電力走廊區(qū)域的火險等級評估方法。從影響火險的各種因素出發(fā)，基于多源遙感與氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)詳細分析了地表植被狀況以及地形、人文、季節(jié)、氣象等因素及其與山火發(fā)生的相關(guān)性，設(shè)計并建立了具有良好適應(yīng)性的電力走廊火險指數(shù)(PC-FRI)和相應(yīng)的火險等級評價體系，從而判定輸電線所受山火威脅較高的區(qū)段和時間段，識別需要緊急巡檢的高風(fēng)險區(qū)段，為電力走廊的火災(zāi)預(yù)警和等級劃分提供了重要的科學(xué)依據(jù)，并為高火險區(qū)植被障礙重大風(fēng)險點預(yù)警奠定了基礎(chǔ)。此外，由于常規(guī)的植被障礙安全巡檢面向所有線路展開，范圍廣、任務(wù)重，在時間和資源有限的情況下，難以做到合理高效地調(diào)配，保質(zhì)保量地完成所有巡檢任務(wù)。對此，論文認(rèn)為可以參考中等尺度下的風(fēng)險等級評估為大量的植被常規(guī)巡檢任務(wù)做出科學(xué)規(guī)劃，針對不同災(zāi)害(如山火、大風(fēng)等)分別施策，保證高風(fēng)險區(qū)域優(yōu)先巡檢，其他區(qū)域分級逐步實施，將電力走廊風(fēng)險評估數(shù)據(jù)應(yīng)用于中小尺度上的電力走廊山火精細防范，服務(wù)于電網(wǎng)安全建設(shè)，提高巡線的針對性和系統(tǒng)效率，為電網(wǎng)輸電線路災(zāi)害維護提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持和建議。

(2) 為了提升機載巡線點云的處理效率，提高相應(yīng)處理的自動化水平，面向高壓電力走廊火險區(qū)域植被障礙，利用無人機載激光雷達(LiDAR)巡線系統(tǒng)采集高等級火險區(qū)段巡線數(shù)據(jù)，提出了基于無人機LiDAR巡線數(shù)據(jù)的高壓輸電目標(biāo)快速提取方法。首先，結(jié)合空間哈希結(jié)構(gòu)優(yōu)化點云存儲與管理，將點云分層分塊管理，從而利用基于分層網(wǎng)格化數(shù)據(jù)的局部分布特性和輸電目標(biāo)本體結(jié)構(gòu)特性提取電力目標(biāo)，提高了目標(biāo)提取精度和效率。其次，對獲取的高壓電力線、電塔及植被等目標(biāo)，重建其在電力走廊場景中的三維模型，構(gòu)建三維目標(biāo)的地理空間對象關(guān)系。

(3) 面對電力走廊中的樹線矛盾問題，即輸電線周圍樹木生長對輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成的安全隱患問題，在微小尺度上針對高壓電力走廊中火險等級較高的區(qū)段，通過無人機LiDAR數(shù)據(jù)提取的三維目標(biāo)來精確評估樹障隱患狀態(tài)。研究了基于LiDAR數(shù)據(jù)的“由粗到精”的植被障礙風(fēng)險點檢測方法和基于植被生長狀態(tài)的動態(tài)植被風(fēng)險評估預(yù)警方法，為電力走廊安全風(fēng)險評估提供了有效工具。試驗驗證了上述方法和模型應(yīng)用的有效性。